西门子模块6ES221-1EF22-0XA0原装代理
2 系统构成
2.1 系统硬件构成
整个电气控制系统分为主控制系统PLC和富士UG221H-LE4触摸屏。PLC作为喷煤控制系统的从站。系统硬件构置见图1。
图1 系统硬件构置
考虑到烟气炉系统的安全，主控制系统的PLC采用西门子S7—200系列PLC CPU226。该CPU集成24输入/16输出共40个数字量I/O 点，可连接7个扩展模块，6个独立的30kHz高速计数器，2路独立的20kHz高速脉冲输出，具有PID控制器，2个RS485通讯/编程口，具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方式通讯能力，可用于要求高的控制系统。因西门子S7-200系列PLC CPU226较多的输入/输出点，较强的模块扩展能力，较快的运行速度和功能强大的内部集成功能，可完全适应烟气炉较为复杂的中型控制系统。
2.2 系统软件
控制系统采用STEP 7-Micro/WIN32 V3.1,使用该软件的组态向导可用于TD 200文本显示器、PID控制器、CPU间数据传输的通讯功能。
3 系统可实现的功能
3.1 控制功能
控制系统主要实现烟气炉的点火和烟气炉出口温度的控制，操作方式分就地操作和远程操作。在就地操作模式下，用户通过触摸屏可实现对该系统的参数设定和系统设备的控制；而在远程控制方式下，喷煤主控制系统，采用Modbus通信协议及RS485接口，实现对该系统的远程控制。系统参数有：烟气炉出口温度、报警温度、前后吹扫炉膛时间、焦炉煤气点火时间、点火成功后切换高炉煤气时间。具体控制过程如下：
系统接到点火指令后，启动助燃风机吹扫炉膛，到设定时间点焦炉煤气，点火成功后打开高炉煤气关闭焦炉煤气。由于该系统对烟气炉出口温度要求非常严格，温度过高，可能对制粉带来安全隐患，温度过低，则影响制粉生产过程。在实践中，采用PID调节方式，通过调节高炉煤气的liuliang实现对温度的控制.控制烟气出口温度有较强的滞后性，在实际的控制过程中，如果检测的出口温度和设置的温度相差过大，系统采用大范围的调节高炉煤气liuliang，实现出口温度的快速响应；当检测的出口温度与设置的温度在20℃的范围内，通过PID调节，实现系统的稳定控制。
停火先停煤气到准许温度，吹扫炉膛后，再停风机。考虑安全因素，如温度超过设定上限，则关闭煤气并启动冷风机，保证系统的安全。系统启动流程如图2所示。系统关闭流程如图3所示。
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图2 系统启动流程
图3 系统关闭流程
3.2 与主控制系统的网络通信
由于该系统作为喷煤系统的一个子控制过程，组态为Modbus RTU从站，通过RS485通信接口，实现与Modbus主站的通讯，从而完成喷煤系统的远程控制。考虑到烟气炉的出口温度对系统的危险性，在实际的应用中，采用双重保险措施。一方面，所有的系统参数和控制参数通过Modbus接口，实现与主控制系统的通信；另一方面，在实际使用的网络通信过程中，由于现场恶劣环境，通信数据交换的安全性和实时性得不到保证，经常出现网络通信故障，使系统得不到远程系统的控制参数，造成出口温度失控，给系统带来巨大的安全隐患。在应用中，除了加强对通信故障的判断外，对重要通信信号辅以屏蔽电缆直接联接，在发生通讯故障时，能自动转到硬线联接，从而确保系统的安全可靠运行。
3.3 触摸屏的控制和通信
在就地操作模式下，可通过触摸屏实现对系统的控制。触摸屏界面完全采用图形方式，简洁易懂，操作方便，可通过触摸屏，选择操作方式。操作方式有单动和自动，在单动方式下，可逐个控制单个设备；在自动方式下，系统实现自动控制。触摸屏具有报警指示和报警记录，通过报警窗口，可查看系统故障原因，便于系统维护。
4 结 语
由于采用触摸显示屏为人机界面，西门子S7-200（CPU226）PLC为控制系统，采用Modbus通讯协议，可以实现远程、就地自动控制。该系统自2003年10月投入使用以来，温度控制可靠、稳定，满足了工艺要求，保证了设备安全
1 引言
可编程控制器PLC是以微处理器为核心，综合计算机技术、自动控制技术和通信技术发展起来的一种通用工业自动控制装置，它具有可靠性高、体积小、功能强、程序设计简单、灵活通用、维护方便以及抗干扰能力强等优点，广泛应用于电力、冶金、能源、化工、交通等领域，大多数中小型PLC的显示功能较差，人机交互操作不便，管理人员不能及时了解现场情况，尤其是在现场调试中，为弥补PLC在这些方面的不足，在实际控制系统中，通常采用PLC作为下位机实现对生产过程的控制，以计算机作为上位机实现工艺流程参数显示、控制参数设置等功能，使PLC和计算机相互结合，充分发挥PLC在开关量、模拟量控制和计算机在管理、监控等方面的优势，以实现优势互补，极大tigao控制系统的性价比。
实现计算机和PLC控制系统的关键是两者之间的通信，一般情况下，用户可以采用现有的组态软件实现监控，但该方法成本较高，为此本文介绍了在VisualBasic 6.0的环境下，实现计算机与三菱FX系列PLC的串行通信方法。
2 PLC与计算机的通信端口连接
FX系列PLC的编程接口采用RS-422标准，而计算机的串行口采用RS-232C标准，采用接口模块FX-232AW将RS-422标准转换为RS-232C标准。如图1所示，计算机、PLC与FX-232AW之间采用反馈与交叉相结合的连接图。
图1 FX-232AW接口引线连接图
?引脚2、3:将引脚2、3交叉互连，使PLC与上位机之间能发送和接收数据。
?引脚4、5:将引脚4、5反馈短接，对计算机发送数据来说，PLC总是处于数据准备就绪状态，计算机在任何时候都可以将数据送到PLC中。
?引脚6、20:将引脚6、20交叉互连，对计算机来说就必须检测PLC是否处于准备就绪状态，即检测引脚6是否为高电平。当引脚6为高电平时，表示PLC准备就绪，可以接收数据，这时计算机就可以向PLC发送数据了;当引脚6为低电平时，PLC与计算机则不能通信。
3 计算机与PLC之间的通信协议
FX系列PLC与计算机的通信模式有两种:
? PLC与计算机采用专有协议(dedicatedprotocol)通信，这种方式无须编写梯形图，计算机直接读写PLC;
?PLC与计算机无协议通信，这种方式需要编写梯形图，并使用串行数据传送指令RS。这里介绍专有通信协议。
FX系列PLC与计算机专有通信协议提供有数据读取、控制命令写入、控制PLC启/停和网络测试等功能，该协议有两种格式:bbbbat1和bbbbat4。两种协议的区别在于字符串中是否添加CR/LF码，采用哪种格式的协议由PLC中的特殊数据寄存器D8120决定，计算机向PLC传送的字符串格式如图2所示，在该字符串中，可由D8120来决定是否添加和校验码，bbbbat4需要在字符串末尾添加CR/LF。计算机与FX系列PLC之间采用主从应答通信方式，PLC内部不需要额外的通信程序，只要将所需数据放在数据寄存器中即可。每个数据寄存器都有相应的物理通信地址，通信时计算机直接对物理通信地址进行操作。
图2 字符串格式
控制代码(Control Code)主要用来控制每步数据的传送。以bbbbat1为例，当要对PLC进行读操作时，计算机发出请求报文，该报文以ENQ码开头，并包括了报文中的所有字段，其中有字符域A。PLC对计算机的请求作出响应，以STX码开头，以ETX码结尾，该报文不包括操作指令字段和消息等待时间。当计算机收到PLC发出的响应报文，计算机发出确认报文或未确认报文，该报文只包括有控制代码、站号、PC号和错误码ErrorCode，如图3所示。
图3 计算机从PLC读操作报文协议
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计算机与PLC间通过报文来交换信息，这些信息在交换过程中需要遵守一些约定。当要对PLC进行写操作时，计算机同样发出请求报文，该报文以ENQ码开头，包括了报文中的所有字符字段，其中有字符区域C，PLC对计算机的请求作出响应，返回确认报文或未确认报文，如图4所示:
图4 计算机向PLC写操作报文协议
站号(StationNO.)用来决定计算机访问哪一台PLC，在FX系列PLC中，站号范围从00H到0FH，特殊辅助寄存器D8121可用于设置站号。
PC号(PC NO.)用来识别PLC上的CPU，对于FX系列PLC，该值为FFH。
指令(Command)用来指定要进行的读写操作，每个命令字都由两个ASCII码表示。
消息等待时间(MessageWait)指从计算机发出指令到成为接收状态所需的时间，以10ms为一单位，等待时间可达150ms，可通过一个0到F间的ASCII码来设定。消息等待时间主要用于半双工通信模式下读写操作间的切换。
字符区域(Character)A为计算机要读取的存储区的开始位置和字节数。B为PLC返回的要读取的存储区的数值。C为计算机要写入的存储区的开始位置和数值。
和校验码(Sum CheckCode)是从站号开始、和校验之前所有字节按位相加后取和的低两位数的ASCII码，和校验码主要用于校验数据传送过程中是否发生位错误。
4 计算机与PLC通信程序设计
在bbbbbbs操作系统中实现串行通信主要有三种途径:
?利用一些编程工具如Delphi提供的通信控件SPComm，Visual Basic或VisualC++提供的特定通信控件MSComm，开发者通过对这些控件编程来实现对串口的操作。
?调用bbbbbbs提供的API函数在Win32环境下，硬件设备被当作文件系统来访问，应用程序调用CreateFile()函数来读写数据。
?通过C/C++语言将自己的程序编译链接为DLL，用VisualBasic调用DLL里的函数来通信。这里介绍VB中通过MSComm控件实现串行通信的方法。
由于Visual Basic6.0是bbbbbbs环境下简单高效的可视化编程语言开发系统，以其所见及所得的可视化界面设计风格和面向对象程序设计等特点，已广泛应用于各个领域，改编程语言不但提供了良好的界面设计能力，在计算机串口通信方面也有很强的功能，VB中的通信控件MSComm具有完善的串行数据收发和接收功能，不但包括有全部bbbbbbsAPI中关于串行通信的函数所具有的功能，还提供了更多的对象属性来满足不同用户的编程需要。
MSComm控件提供了两种处理通信的方法:
? 事件驱动法:当有数据到达端口，端口状态发生改变或有通信错误发生时，触发MSComm控件的OnComm事件，事件驱动实时性强，对外界情况可以作出快速响应，是处理串行端口交互作用的一种非常有效的方法。
?查询法:用软件或在程序中设置定时器实现对端口周期性扫描，通过读取CommEvent属性值来查询通信事件和错误，并作出相应处理，查询法编程简单，调试方便，如果应用程序较小，并且是自保持的，这种方法是可取的。
由于MSComm控件隐藏了调用过程，屏蔽了通信过程中的底层操作，使用该控件只需定义相应的属性，调用Send方法发送数据或等待处理相应的事件接收数据，就可以轻松实现串行异步通信。MSComm控件支持如下主要属性和事件。
CommPort属性:设置(返回)控件对应的端口号，系统用端口号唯一标识每一个串行端口。
Settings属性:设置(返回)控件所用的传输协议，以字符串的形式定义控件使用的波特率、奇偶校验、数据位、停止位等参数。此设定应与PLC的设定相一致。
PortOpen属性:打开或关闭通信端口。
bbbbb属性:从接收缓冲区接收并保存MSComm控件接收到的数据。
Output属性:向发送缓冲区发送数据。
bbbbbLen属性:设置从接收缓冲区读取的字符数。
InbufferCout属性:返回接收到数据缓冲区中需要处理的数据长度。在查询方式中，该属性可用来判断输入缓冲区是否接收到所需的字符。
bbbbbMode属性:设置(返回)bbbbb属性传输的数据类型。
OnComm事件:MSComm控件产生动作(如接收数据)或错误时，触发该事件。
CommEvent属性:返回近的通信事件或错误，可在OnComm事件中检测该属性的值后处理。
这里给出计算机与PLC采用查询法通信的部分程序。
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’MSComm控件初始化
Private Sub bbbb_Load()
STX$=Chr$(2)
ETX$=Chr$(3)
ENQ$=Chr$(5)
NAK$=Chr$(&H15)
ACK$=Chr$(6)
MSComm1.Settings=”9600,e,7,1”
MSComm1.InBufferSize=1024
MSComm1.CommPort=1
MSComm1.OutBufferSize=1024
MSComm1.OutBufferCount=0
MSComm1.PortOpen=True
MSComm1.bbbbbLen=0
End Sub
’计算机与PLC的连结程序
Private Sub Command_Click()
Dim WaitTime As Long
Dim StartTime As Long
MSComm1.Output=Chr(5)
WaitTime=5
StartTime=Timer
Do While Timer＜StartTime+WaitTime
DoEvents
Loop
If MSComm1.InBufferCount＞0 Then
If Asc(MSComm1.bbbbb)=0 Then
MsgBox(“连结成功，准备发送数据”)
Else
MsgBox(“连结失败”)
End If
Else
MsgBox(“连结失败”)
End If
End Sub
’计算机从PLC读函数程序
Function CmdRead(Rd As bbbbbb) As bbbbbb
Dim X As Integer
Dim Y As Integer
Dim Z As Integer
MSComm1.InBufferCount=0
Read$=Chr(5)&Rd&CheckSum(Rd)
’读数据帧由ENQ、命令串和和校验码组成
MSComm1.Output=Read$
Do
DoEvents
Loop Until MSComm1.InBufferCount＞=9
Data$=MSComm1.bbbbb
X=Val(Asc(Left(Data$,1)))
Y=CheckSum(Mid(Data$,2,Len(data$)-3))
’计算应答帧的和校验码
Z=Mid(Data$,Len(Data$)-1,2)
’计算接收到的应答帧的和校验码
If X=2 And Y=Z then
’STX的ASCII码为02H
CmdRead=Mid(Data$,6,Len(Data$)-8)
MSComm1.Output=ACK$
Else
CmdRead=‘Error’
MSComm1.Output=NAK$
End If
End Function
计算机向PLC写函数程序与读函数程序类似。
5 结束语
文中给出了利用VB的MSComm控件实现计算机与PLC实时通信的基本思想和设计方法，该程序简单、可靠、实用，并可根据实际工矿要求灵活修改程序。现在火电厂输煤程控系统的电除尘设备中，有些系采用该系列的PLC，可采用上述方法来保证控制系统通信稳定、有效。
PLC SO2 喷钙脱硫控制系统 循环流化床锅炉 基于PLC的循环流化床锅炉喷钙脱硫控制系统 ,机器视觉 ,烟草机械
附图
循环流化床锅炉是一种环保型锅炉，但随着环境治理要求的加深，其SO2排放量仍无法达标。石家庄东方热电股份有限公司热电三厂为保护环境，减少SO2对大气的污染，决定对#4(75t/h)、#5(135t/h)循环流化床锅炉建设炉内喷钙脱硫系统，采用三菱FX2N型PLC作为操作控制系统。
一 系统工艺流程
对于循环流化床锅炉进行脱硫处理，目前一种普遍采用的方法是将脱硫剂(石灰石粉：粒径0～2mm，比重约1.4t/m3)通过送粉管道从炉前二次风口送入锅炉炉膛中与煤一起燃烧，通过化学反应生成CaSO4，达到脱硫目的。系统工艺流程路线如下：
(1)石灰石粉→粉仓→粉仓插板阀→粉仓旋转给料阀→缓冲罐→缓冲罐插板阀→缓冲罐旋转给料阀→喷料泵→送粉管路→炉前检修隔断门→炉膛；
(2)空气→罗茨风机→电动蝶阀→喷射泵→送粉管路(另一路送气化风)→炉前检修隔断门→炉膛；
(3)气化风→空气加热器(有旁路阀)→气化风环管→气化板→粉仓→布袋除尘器。
该系统设计采用双路联调送粉方式，每台炉由两路送粉设备装置及管路将石灰石粉送入炉膛。送粉量由PLC根据每台炉SO2监测装置所提供的信号对该炉的旋转给料阀实行变频联动调节。
二 控制系统设计实施
整个控制系统由一台中控室内的监控计算机(操作员/工程师站)、一台现场控制站 FX2N型PLC-128MR、并配以4个FX2N-4A/D数据采集模块、一个FX2N-4D/A模拟数据输出模块和4台变频给粉装置组成。监控计算机主要负责实时监控烟气监测系统检测的SO2参数值和对系统进行操作和故障监测，现场控制站根据SO2含量对送粉量进行自动或手动操作，并与上位机采用RS-485进行实时通信。
现场控制站配置见附图。
1. FX2N-128MR现场控制站
FX2N-128MR现场控制站是整个控制系统的核心，其运算处理速度：基本指令0.08µs/指令，应用指令1.52～100µs/指令，输入输出总点数256点，大存储容量16k步，内置存储器容量8k步，顺控指令27条，步进梯形图指令2条，应用指令128种，298个。FX2N-4A/D数据采集模块：接受4～20mA电流信号转换成数字信号输送给PLC。FX2N-4D/A模拟数据输出模块：将PLC发出的控制量数值转化为4～20mA电流信号输入到变频器控制旋转给料阀。
2. 喷钙脱硫系统的启动和控制
喷钙脱硫系统可采用三种方式进行启动。
(1)方式一：自动启动
将各就地设备的控制箱切换至“远方”位置，在显示器屏上点击“全自动启动”按钮，系统将按下列顺序启动设备。
(a)启动罗茨风机延时12s，开始下一步，否则报警；
(b)自动打开风机后电动蝶阀开到预定位置时，开始下一步，否则12s后报警；
(c)此时空气母管压力下降至运行I值(调试确定)。启动缓冲罐下旋转给料阀缓慢升速至设定转速(调试确定)运行l 2s；
(d)启动缓冲罐上粉仓旋转给料阀，并接通缓冲罐料位控制回路；
(e)接通SO2监测控制系统回路，通过PLC控制缓冲罐下旋转给料阀转速，使SO2测量值达设定标准值(<1200mg／m3)，此时空气母管的压力要上升至运行II值；
(f)启动电加热器，并将温度调至设定值。
(2)方式二：远方操作启动
各就地设备控制箱的切换开关切至“远方”位置。设备启动顺序与方式与上述完全相同，只是由设备操作人员在主控室CRT前利用鼠标按程序提示框逐一进行启动操作。
(3)方式三：就地操作启动
各就地设备控制箱的切换开关切至“就地”位置，此时设备的启动顺序不受限制，由操作人员任意启动，但若不是特殊情况，不采用此工作方式，因为该方式启动设备也不会实现PLC联调，达不到系统的使用目的。
3. 喷钙脱硫控制系统的运行
(1)系统运行时显示的状态参数有：粉仓料位、罗茨风机运行状态、电动蝶阀状态、下旋转给料阀转速、上旋转给料阀运行状态(停止、运行交替显示)、缓冲罐料位、烟气SO2值、空气加热后温度、PLC运行状态指示、喷钙量。
(2)系统运行时可将各设备的运行状态及SO2值实现采集、存储、通信打印、图形显示等功能，各项功能可在CRT人机界面上利用菜单命令来实现。
(a)数据采集：通过画面中的按钮设定数据，通过PLC的A/D模块进行数据采集；
(b)结果显示：将通过PLC的A/D模块采集到的数据显示到画面中；
(c)状态显示：通过PLC与组态的通信将结果状态在画面中显示；
(d)故障报警：当出现故障时，报警画面自动弹出，查看出现故障的地方；
(e)数据存储：通过设定后，设定的数据将自动存储到系统中去；
(f)生成报表：可用工具栏中的按钮查看报表；
(g)图形显示：加上运行狗(watch-dog)之后，启动系统就可显示图形画画，从而从画面中监视整个系统；
(h)打印：选择需要打印的内容点击工具栏上的打印按钮就可打印；
(i)内部通信：通过SC09通信电缆完成PLC与电脑的组态通信。
(3)系统运行时的联锁保护逻辑关系
La当运行罗茨风机因故停运时，自动投入备用风机，否则3s后自动执行事故停机程序；
Lb当某套送粉装置的下旋转给料阀停运时，自动解列联调方式变为单调方式，并停止该套送粉装置；
Lc当送粉装置的下旋转给料阀转速超设定值，但SO2的值不能满足排放标准时，报警；
Ld当某套送粉装置的上旋给料阀停运时，直至下料位报警延时12s后停止下旋给料阀并自动解列联调方式变为单调方式；
Le当风机电动蝶阀误关时，3s内应启动设备用罗茨风机并打开备用罗茨风机后的电动蝶阀，并停止本风机运行，否则进入事故停机程序；
Lf空气电加热器的启动、停止，只需实现远方就地操作和温度显示以及故障停运报警即可，不必加入联锁；
Lg当空气分支管压力值超过高值(调试时定)报警并延时3s停下旋转给料阀，进入逻辑Lb程序；
Lh当空气分支管压力值低于低压值(调试时定)时，执行逻辑La程序；
Li当下旋转给料机转速升至第二设定转速(调试时确定)时报警。
4. 喷钙脱硫控制系统的停止
(1)正常停止
当锅炉机组按计划停机时要先将脱硫系统停止运行。若需#4、#5炉都停的话，后停的脱硫系统要将粉仓内的石灰粉用完，再停止运行，可采用微机自动停止和人工控制停止两种办法，其顺序是一致的。其步骤如下：
(a)停止某台炉两套送粉装置缓冲罐的上旋转给料阀运行，不再向缓冲罐送料；
(b)缓冲罐内料位降至低料位报警值后，让其依靠联锁自动动作停止下旋转给料阀的运行；
(c)关闭运行罗茨风机出口管路的电动蝶阀；
(d)切断运行罗茨风机与备用罗茨风机的联锁回路，将运行的罗茨风机停止运行；
(e)就地关闭该炉系统装置的手动插板，手动检修隔断门。
(2)事故停止
当系统设备在运行当中出现前面La、Le所提及的故障情况时，系统要转入事故停机程序，各台设备顺序停机之间需要延时，停机步骤如下：
(a)停止该炉两套送粉装置的下旋转给料阀运行。
(b)停止该炉两套送粉装置的上旋转给料阀运行。
(c)解列运行及备用风机间的联锁，停止运行的罗茨风机。
三 应用体会
东方热电三厂脱硫PLC控制系统自投运以来，性能可靠，运行平稳，经过2年多运行，从未出现过故障，基本不需要维护。FX2N型PLC小型化、高性能，适合此种环保控制系统的应用改造。随着对供热锅炉环保要求的不断tigao，该系统将拥有良好的开发前景